Bằng chứng công việc so với Bằng chứng cổ phần

Bằng chứng công việc (PoW) và bằng chứng cổ phần (PoS) là hai cơ chế đồng thuận phổ biến nhất được sử dụng trong các hệ thống thanh toán blockchain công khai. Các hệ thống này giúp bảo mật mạng và khuyến khích một nhóm người tham gia phi tập trung hợp tác vì lợi ích lớn hơn của mạng.

Bất kỳ ai trên thế giới đều có thể tham gia vào hệ thống hoạt động trên blockchain công khai. Không một công ty, ngân hàng trung ương hay chính phủ nào quản lý cách thức hoạt động của các mạng này. Điều này có nghĩa là không ai có quyền kiểm soát trực tiếp các blockchain phổ biến như Bitcoin, Ethereum, Dogecoin hoặc Monero.

Đó là bởi vì những công nghệ này được phi tập trung hóa. Giống như Internet, không có một cá nhân hay nhóm nào chịu trách nhiệm sửa chữa và bảo trì. Thay vào đó, trách nhiệm này được chia sẻ giữa hàng ngàn cá nhân trên khắp thế giới. Tuy nhiên, cùng với sự xuất hiện của phi tập trung hóa, một số câu hỏi quan trọng phát sinh:

1. Làm thế nào để tạo ra một hệ thống mạnh mẽ, không cần tin tưởng ai và có khả năng chống lại các tác nhân độc hại?
2. Nếu bất kỳ ai cũng có thể tham gia mạng, bạn làm thế nào để khuyến khích họ tham gia trung thực và ngăn cản những kẻ xấu?
3. Nếu không có người quản lý chung, làm thế nào để bạn chọn được người sẽ đề xuất, xác minh và lưu giữ dữ liệu trên blockchain?

Đây là khi mà bằng chứng công việc (PoW) và bằng chứng cổ phần (PoS), thường được gọi là cơ chế đồng thuận blockchain, phát huy tác dụng.

Sự đồng thuận đề cập đến thỏa thuận về một phần thông tin nhất định giữa một hệ thống hoặc một nhóm người.

Sự đồng thuận của blockchain là trạng thái thỏa thuận giữa một mạng máy tính phân tán về thứ tự và tính hợp lệ của thông tin được lưu trữ trên cơ sở dữ liệu dùng chung.

Blockchain Bitcoin và các blockchain khác sau đó mang tính cách mạng vì chúng đã giải quyết được một vấn đề tồn tại đã lâu được gọi là vấn đề Bài toán các vị tướng Byzantine. 

Bài toán các vị tướng Byzantine là một bài toán kinh điển trong điện toán phân tán liên quan đến vấn đề tin cậy. Đó là bài toán về sự đồng thuận giữa các trung đội phân tán, trong đó nhiều tướng đang cố gắng phối hợp tấn công một thành phố. Trong vấn đề này, các tướng không thể liên lạc trực tiếp với nhau và một số tướng có thể là kẻ phản bội gửi thư tín sai lệch cho các tướng khác.

Trong bối cảnh của blockchain, Bài toán các vị tướng Byzantine là vấn đề về sự đồng thuận. Trong mạng blockchain, có nhiều nút đang cố gắng đạt được sự đồng thuận về trạng thái của sổ cái. Tuy nhiên, một số nút có thể sẽ độc hại và cố gắng gửi thông tin sai lệch đến các nút khác. Vấn đề là các nút khác phải có khả năng tin cậy vào thông tin họ nhận được để đạt được sự đồng thuận.

Blockchain giải quyết vấn đề Bài toán các vị tướng Byzantine bằng cách sử dụng thuật toán đồng thuận để khuyến khích tất cả người tham gia trong mạng đồng ý về một phiên bản sự thật duy nhất. Họ đạt được mục tiêu này bằng cách yêu cầu mỗi nút trong mạng xác thực các giao dịch và đạt được thỏa thuận về tính hợp lệ của giao dịch. Sau đó, hệ thống ghi lại sự đồng thuận này trên blockchain, từ đó tạo ra một nguồn sự thật bất biến, bảo mật và được chia sẻ chung. Cơ chế đồng thuận đảm bảo tất cả người tham gia mạng đều có cùng một phiên bản sự thật và giao dịch là hợp lệ.

Các nhà khoa học máy tính đã nhận thức được vấn đề này vào những năm 1980, nhưng các khái niệm cơ bản của nó lại rút ra từ một lĩnh vực kinh tế cũ hơn gọi là lý thuyết trò chơi. Các nhà toán học John Von Neumann và Oskar Morgenstern đã đi tiên phong trong lý thuyết trò chơi 30 năm trước vấn đề Bài toán các vị tướng Byzantine. Nghiên cứu của họ đã phân tích kết quả của trò chơi dựa trên hành vi cá nhân của người chơi, phần thưởng và hình phạt.

Cơ chế đồng thuận blockchain kết hợp các nguyên tắc lý thuyết này. Người chơi tham gia vào mạng blockchain được khuyến khích hành động trung thực vì cả bản thân họ và vì lợi ích lớn hơn của mạng. Mặt khác, những kẻ ác ý phải đối mặt với hình phạt cho hành vi không trung thực.

Điều thú vị là cách các hệ thống PoW và PoS đạt được sự đồng thuận không cần tin cậy theo những cách hoàn toàn khác nhau.

Bằng chứng công việc là một loại cơ chế đồng thuận yêu cầu người dùng mạng (được gọi là thợ đào) phải dành sức mạnh điện toán để hoàn thành một nhiệm vụ.

Cơ chế đồng thuận bằng chứng công việc (PoW) ra mắt vào đầu những năm 1990 như một hệ thống ngăn chặn thư rác. Phương pháp yêu cầu người dùng giải quyết vấn đề về mật mã trước khi có thể gửi email.

Đối với những người dùng hợp pháp chỉ gửi một số ít email, việc giải câu đố mật mã duy nhất này là một công việc đơn giản. Tuy nhiên, đối với một kẻ không trung thực tìm cách gửi hàng loạt email rác, lượng sức mạnh điện toán cần thiết khiến chúng phải tốn kém hơn nhiều.

Vào tháng 1 năm 2009, tác giả ẩn danh của sách trắng về bitcoin, Satoshi Nakamoto, đã ra mắt giao thức Bitcoin. Hệ thống tiền điện tử ngang hàng này có phiên bản được điều chỉnh của cơ chế PoW để giải quyết vấn đề Byzantine Generals đã đề cập ở trên.

Cơ chế đồng thuận PoW được sử dụng trong giao thức Bitcoin kết hợp một cuộc cạnh tranh dựa trên mật mã. Người dùng cạnh tranh để giành được​quyền đề xuất các mục mới trong sổ cái bằng máy tính của họ.

Thông qua quy trình đào bitcoin, các thợ đào tạo ra các mã ngẫu nhiên, có độ dài cố định được gọi là băm. Họ tạo ra các giá trị băm này bằng cách chạy dữ liệu đầu vào một cách ngẫu nhiên thông qua thuật toán băm mật mã. Như vậy, họ sẽ tạo ra 64 mã thập lục phân duy nhất (mã chỉ chứa các số từ 0-9 và chữ cái từ A-F).

Thợ đào tạo ra các giá trị băm một cách ngẫu nhiên cho đến khi một người có cùng hoặc nhiều số 0 ở phía trước so với giá trị băm mục tiêu.

Giá trị băm mục tiêu là một số được đặt bởi thuật toán điều chỉnh độ khó của giao thức blockchain.

Khi một thợ đào thành công vượt qua giá trị băm mục tiêu, họ có quyền đề xuất một khối giao dịch mới để tham gia blockchain. Nếu mạng coi khối được đề xuất là hợp lệ thì thợ đào sẽ nhận được phần thưởng khối cho công sức của họ. Nếu mạng xác định khối không hợp lệ hoặc gian lận, các nút sẽ từ chối khối đó và công sức của thợ đào sẽ bị lãng phí.

Nếu muốn tìm hiểu thêm về mật mã đằng sau tiền điện tử, bạn có thể xem hướng dẫn dành cho người mới bắt đầu của chúng tôi về cách tiền điện tử sử dụng mật mã.

Đổi lại cho công sức của họ, những thợ đào thành công sẽ kiếm được bitcoin mới đúc và mọi khoản phí cho các giao dịch mà họ đã thêm vào khối mới. Phần thưởng này được gọi là phần thưởng khối.

Các thợ đào riêng lẻ có thể kết hợp tài nguyên máy tính của họ với nhau bằng cách sử dụng nhóm thợ đào để tăng tỷ lệ thắng trong cuộc cạnh tranh đào. Bất kỳ phần thưởng khối nào kiếm được đều được chia theo tỷ lệ cho những người tham gia nhóm.

Phần thưởng khối thường tuân thủ chính sách tiền tệ nghiêm ngặt, được định nghĩa trước trong đó phần thưởng được giảm theo thời gian một cách có hệ thống. Ví dụ, Bitcoin cắt giảm một nửa số lượng tiền mới được tạo cho mỗi khối sau mỗi 210.000 khối (khoảng bốn năm một lần). Mức giảm này, được gọi là Bitcoin Halving, làm giảm dần việc phát hành đồng tiền mới để lưu hành theo thời gian.

Bạn có thể đọc thêm về Bitcoin Halving trong báo cáo Kraken Intelligence, The Halving: Xu hướng & ý nghĩa của cơ chế lạm phát nguồn cung của Bitcoin.

Sau khi thợ đào thành công đề xuất một khối giao dịch mới, những thợ đào còn lại trong mạng sẽ xác minh độc lập các giao dịch đó. Khi họ đạt được sự đồng thuận về tính hợp lệ của thông tin được lưu trữ trong khối, khối đó sẽ vĩnh viễn tham gia vào blockchain.

Khi yêu cầu tất cả người dùng trong mạng xác nhận độc lập các giao dịch được đề xuất trước khi hoàn tất, gần như không thể chi tiêu gấp đôi số dư của một người. Khả năng chi tiêu cùng một đồng tiền điện tử hai lần chỉ trở thành mối đe dọa nếu 51% người xác thực trở lên không trung thực. Tuy nhiên, kiểu tấn công này khó hoàn thành hơn theo cấp số nhân khi mạng blockchain phát triển.

Sau khi cuộc cạnh tranh đào tiền cho mỗi khối mới này kết thúc, cuộc cạnh tranh sẽ bắt đầu lại dựa trên thời gian tạo khối mà mỗi giao thức được lập trình để tuân theo. Đối với Bitcoin, các khối mới được phát hiện khoảng 10 phút một lần, nhưng thời gian tạo khối sẽ khác nhau giữa các loại tiền điện tử. Các loại tiền điện tử khác như Litecoin và ZCash lần lượt tạo các khối mới sau mỗi 2,5 phút và 75 giây.

Tính năng này không chỉ giữ an toàn cho mạng mà còn đảm bảo các đơn vị tiền điện tử mới được phát hành để lưu hành với tốc độ cố định, được xác định trước.

Một lợi thế khi sử dụng hệ thống PoW là tính bảo mật. Giao dịch gian lận trên các blockchain PoW lâu năm đòi hỏi lượng sức mạnh điện toán khổng lồ để thực hiện.

Những kẻ không trung thực chỉ có thể thực hiện hành vi lừa đảo nếu họ kiểm soát phần lớn hoặc hơn 50% sức mạnh điện toán của mạng. Loại lỗ hổng này được gọi là cuộc tấn công 51%. Nếu có người có thể kiểm soát hơn 51% mạng, họ có thể sắp xếp lại các giao dịch, số dư chi tiêu gấp đôi và chặn một số khoản thanh toán gửi đến. 

Các hệ thống PoW khó bị tấn công vì chúng đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và một lượng năng lượng cực lớn để khai thác mạng.

Tuy nhiên, lượng năng lượng tiêu thụ bởi các blockchain dựa trên PoW là một yếu tố bị chỉ trích phổ biến từ những người gièm pha tiền điện tử. Nhưng điều quan trọng cần lưu ý là mức tiêu thụ này là một tính năng có chủ ý. Trong hầu hết các trường hợp, sức mạnh băm càng lớn thì độ bảo mật mạng càng cao.

Để giúp tách biệt sự thật về việc đào tiền điện tử với hư cấu, hãy xem hướng dẫn Phá vỡ những lầm tưởng về tiền điện tử: Hướng dẫn "Bitcoin đang hủy hoại môi trường".

Sau cùng, để tăng tối đa lợi nhuận, các thợ đào PoW phải giữ chi phí hoạt động ở mức thấp nhất có thể và sử dụng nguồn năng lượng rẻ, đáng tin cậy. Nhiều thợ đào sử dụng tổ hợp năng lượng bền vững để giảm chi phí và giảm thiểu những mối quan ngại về môi trường.

• Bitcoin (BTC)
• Litecoin (LTC)
• Monero (XMR)
• Bitcoin Cash (BCH)
• Dash (DASH)
• Ethereum Classic (ETC)
• Dogecoin (DOGE)
• Siacoin (SC)

Không giống như sự cạnh tranh triệt để của bằng chứng công việc, bằng chứng cổ phần (PoS) sử dụng một loạt các ưu đãi khác để đảm bảo người tham gia mạng cư xử trung thực.

Ba năm sau khi Bitcoin ra mắt, hai nhà phát triển tên là Scott Nadal và Sunny King đã tạo ra cơ chế đồng thuận PoS. Mục tiêu chính của họ là tạo ra một hệ thống tiết kiệm năng lượng hơn bằng chứng công việc.

Với bằng chứng cổ phần (PoS), người tham gia mạng có thể mua và khóa token gốc của giao thức để xác thực các khối giao dịch mới. Đổi lại, họ có thể kiếm được phần thưởng staking (thường được trả dưới dạng tiền lãi cho tài sản staking của họ).

Nhiều blockchain PoS hàng đầu như Ethereum, Cardano, Algorand và Polkadot sử dụng thuật toán lựa chọn riêng để chọn ra những nhà đầu tư có quyền đề xuất các khối mới.

Người tham gia staking nhiều token hơn thường có nhiều khả năng xác thực các khối mới hơn, nhưng có một mức độ ngẫu nhiên được lập trình trong các thuật toán cụ thể này.

Tính năng ngẫu nhiên hóa này được thiết kế để cải thiện tính công bằng và tất cả người tham gia staking đều có cơ hội kiếm phần thưởng.

Ignite (trước đây là Tendermint) là một cơ chế đồng thuận kiểu PoS phổ biến khác. Theo đó, người xác thực sẽ biểu quyết trước, cam kết trước và biểu quyết cho các khối mới tham gia blockchain. Các khối có ⅔ phiếu biểu quyết đa số sẽ tham gia blockchain.

PoS sử dụng biện pháp tương tự để khuyến khích hành vi trung thực như PoW bằng cách yêu cầu người xác thực đầu tư tiền của chính họ. Tương tự, chi phí này rất khác nhau giữa các giao thức, bao gồm chi phí để chạy các nút xác thực.

Thiết bị nút xác thực PoS về tổng thể thường rẻ hơn nhiều so với thiết bị cần thiết để đào các loại tiền điện tử PoW phổ biến như bitcoin (BTC) theo cách có lợi nhuận.

Trong hầu hết các blockchain PoS, người xác thực mạng được chỉ định để xác minh các khối giao dịch, thay vì cạnh tranh với nhau để đề xuất các khối mới. Đổi lại, người xác thực sẽ kiếm được phần thưởng, đôi khi dưới dạng lãi suất cố định hàng năm, vì đã giúp bảo mật mạng.

Những người không có chuyên môn kỹ thuật hoặc yêu cầu tài sản tối thiểu để trở thành người xác thực PoS độc lập có thể kết hợp tiền của họ với các nhà đầu tư khác.

Trong trường hợp này, nhiều nhà đầu tư nhỏ hơn có thể chung tiền lại với nhau để tạo thành một đơn vị staking duy nhất. Các cá nhân hoặc nhóm người được bình chọn có kiến ​​thức chuyên môn sẽ duy trì và vận hành các quỹ staking này. Sau đó, các nhà đầu tư sẽ chia phần thưởng theo tỷ lệ với nhau và với những người điều hành quỹ staking.

Giống như các cơ chế đồng thuận PoS khuyến khích người xác thực hành xử trung thực, các cơ chế này cũng có thể phạt họ vì hành xử vi phạm quy tắc của giao thức. Nếu người xác thực hoặc nhà điều hành quỹ staking được ủy quyền có hành vi gian lận, một số giao thức có thể tịch thu một phần hoặc toàn bộ tài sản staking của họ. Được gọi là "phạt do vi phạm", cơ chế này tiếp tục khuyến khích các hành vi tốt trên mạng.

Để tham gia quy trình staking, hầu hết các giao thức blockchain PoS đều yêu cầu người dùng trước tiên phải khóa một lượng token tối thiểu để đủ điều kiện.

Đối với blockchain PoS mới của Ethereum, cần có 32 ether – tiền điện tử gốc của blockchain – để trở thành người xác thực. Tuy nhiên, các giao thức staking thanh khoản đã xuất hiện để giảm đáng kể rào cản gia nhập cao này.

Trên blockchain PoS của Polkadot, yêu cầu staking tối thiểu có thể thấp tới 10 DOT hoặc cao tới 350 DOT. DOT là tiền điện tử gốc của Polkadot.

Giống như các blockchain dựa trên PoW, mạng phải xác minh độc lập các khối giao dịch mới được đề xuất trên blockchain PoS trước khi chúng có thể tham gia blockchain.

Chuỗi PoS cũng tuân theo lịch trình phát hành minh bạch cho phép toàn bộ mạng xem các đồng tiền điện tử mới được đưa vào lưu hành như thế nào.

Lợi ích chính của các blockchain bằng chứng cổ phần là chúng tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể so các với giao thức PoW. Vì người xác thực PoS được chỉ định để xác thực các khối thay vì cạnh tranh bằng cách sử dụng thiết bị đắt tiền, nên họ sử dụng ít năng lượng hơn.

Nhược điểm chính của cơ chế đồng thuận PoS là vấn đề tập trung staking.

Trong blockchain PoS, số lượng token mà một người staking chủ yếu quyết định khả năng họ được chọn để xác thực các khối giao dịch và kiếm phần thưởng. Do đó, hệ thống PoS có thể ưu tiên những người có nhiều token hơn những người có ít tài sản staking hơn — điều mà một số người cho rằng sẽ dẫn đến việc tập trung hóa mạng.

Vì thiếu sót này, nhiều người cảm thấy rằng một số ít quỹ staking lớn và nhà đầu tư cá voi có thể giành được quyền kiểm soát tập trung đối với quy trình xác thực khối. Yếu tố này đi ngược lại các nguyên tắc cốt lõi của tiền điện tử và làm giảm an ninh mạng tổng thể.

Một vấn đề khác đối với một số blockchain PoS là tính thanh khoản kém. Đôi khi, người dùng không thể truy cập vào tài sản staking của mình cho đến khi thời gian khóa kết thúc. Vấn đề này làm giảm tính thanh khoản thị trường của tiền điện tử cơ bản và ngăn cản các nhà đầu tư truy cập vào số tiền staking của họ trong những thời điểm biến động quan trọng của thị trường.

Cả hai cơ chế đồng thuận này đều giải quyết được vấn đề Bài toán các vị tướng Byzantine, nhưng theo những cách rất khác nhau. Cơ chế đồng thuận PoW là một hệ thống đã được thử nghiệm trong thực chiến và có thể cung cấp mức độ bảo mật cực kỳ cao. Mặt khác, các cơ chế đồng thuận PoS đang ngày càng trở nên phổ biến như một giải pháp thay thế tiết kiệm năng lượng hơn, có khả năng mở rộng hơn.

• Ethereum (ETH)
• Polkadot (DOT)
• Algorand (ALGO)
• Avalanche (AVAX)
• Cardano (ADA)
• Cosmos (ATOM)
• Solana (SOL)
• The Graph (GRT)

Giờ bạn đã tìm hiểu mọi thứ về sự khác biệt giữa bằng chứng công việc và bằng chứng cổ phần, bạn đã sẵn sàng thực hiện bước tiếp theo trong hành trình tiền điện tử của mình chưa? Hãy nhấn vào nút bên dưới để mua tiền điện tử trên Kraken ngay hôm nay!

Bạn muốn biết thêm thông tin chuyên sâu về tiền điện tử và các dự án blockchain cụ thể? Nếu vậy, hãy truy cập Trung tâm tìm hiểu của chúng tôi để hiểu rõ hơn về lĩnh vực đang phát triển này.